JP4234003B2 - ロールスタンドのロールの冷却及び潤滑をするための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロールスタンドのワークロールと、これらの間を圧延の際に通って移送される圧延ストリップの冷却及び／又は潤滑をするための方法に関する。

特に、薄い最終厚さへと薄スラブの圧延をする際には、高い減面率が個々のロールスタンドにおいて必要である。この場合、ロール、特にワークロールにおいて異常に高い機械的な、しかしながらまた熱的な負荷が生じる。これは、主として前方のスタンドにおいて、ロールの表面が、圧延されるストリップの数が増加すると共に粗悪になるという結果を伴う。これは、粗くなるロールの形で、更にはロールの「剥離」という形で現れ、その際、ところどころで酸化物層がロールから剥離する。その際に生じる不規則なロール粗さは、最終的にストリップ表面にスケールを押し込むことになり、これによりストリップ表面の品質は、同様に不利なものに変えられる。

極端に高い減面率の場合、ワークロールの振動、即ち両方のワークロールの捩れによる振動も相互に生じてしまう。

スタンドのストリップ入側及び出側において良好にロール冷却をすることによって、ロール温度及びこれと共にロールの幾何学的な膨張は制限され得るが、しかしながらこのロール冷却は、圧延間隙内での高い熱的負荷及びこれと共に前記の困難さを回避し得ない。

従来技術では、特許文献１により、圧延間隙の直前でのストリップ表面及びロール表面の冷却によって圧延間隙内での高い熱的負荷に対向する措置が示されている。

これにより、ロール及び圧延ストリップの表面層の冷却をする際に、比較的僅かなロール内への熱流が引き起こされる。しかしながら、この方法で十分な冷却作用を得るためには、比較的大量の水量が必要とされ、その際、それにもかかわらず、この作用は、高い減面率の場合には十分でない。

ロール剥離及びスケールの押込みを回避もしくは低減する別の方法は、特許文献２に記載された方式によれば、ロールを潤滑する点にある。

更に、同様に定着している作用方法は、ロールに圧延間隙の前でオイルと水の混合物を塗布する点にある。その際、僅かな水量が、オイルのためのキャリアとして使用される。潤滑剤添加物によって、摩擦値は軽減され、部分的に、ロールを摩耗しないように保護する薄いオイル分離層が発生させられるべきである。

経済的な理由から、並びに環境保護の理由から、オイルと水の混合物を発生させるためのオイルの添加は、例えば特許文献１に記載の冷却ビーム内で、大量の水量を使用する場合に望ましくない。これは、水量が大量である場合、混合比を最適に維持し、潤滑作用が得られるように、相応に大量のオイル量も必要となるという別の理由も有する。この理由から、多重に、オイルを塗布するためのキャリアとしての僅かな水量を有する独立した小さな潤滑ビームが使用される。

しかしながらまたこの方法の場合でも、結果は、減面率が高い場合、ロール剥離及びロール粗さに関して決して満足すべきものでない。振動の著しい減衰が認められるに過ぎない。

他の技術の分野からは、機械加工プロセスにおいてワークピースの潤滑及び冷却をするため、特許文献３によれば、ワークピースに少なくとも２つの互いに混合可能でない液体、即ち、刃とワークピースとの間の摩擦を低下させるための基体、並びに刃及びワークピースを冷却するための基体を供給することが公知であり、その際、両方の基体は、別々に互いに貯蔵され、独立した供給ラインを介してアプリケーション機構に移送され、そしてこのアプリケーション機構から加工すべきワークピースに吹き付けられる。

これについて、その明細書には、この方法及び装置により、潤滑作用及び冷却作用の本質的な向上が得られ、このために必要な手段、及び、材料、エネルギ及び装置の消費が、できるだけ狭い経済的な限界内に維持されることが書いてある。

更に、工具の別々の位置で潤滑剤及び冷却剤を塗布することによって、またこれにより形成される極端に高い付着性及び剪断強度の潤滑剤フィルムによって、本質的に改善された潤滑作用及びその結果低減された摩擦が、僅かな摩擦熱しか有していないワークピース、工具、及び切粉において生じ、これにより、これを通じて有利な冷却条件のために、同時に加工される表面の品質が改善され、機械のエネルギ必要量が軽減され、そして工具の耐用年数が向上させられることが書いてある。

更に、刃又はワークピースの潤滑及び冷却をするための十分似たような方法は、特許文献４から公知であり、これによれば、刃及びワークピースを相対運動させる場合、機械加工領域の方向に、先ず潤滑剤が、その後始めて冷却剤が、ワークピース及び工具の必要な冷却に応じて吹き付けられる。加えて、刃又は工具又はワークピースの温度が確認され、両方の液体の一方の供給率が確認された温度に応じて調節される。

特許文献５には、圧延ストリップの表面の冷却をするための水冷装置並びに水スクレーパによって分離される圧延オイルを供給するための装置が記載されている。両方の装置は、上下のロールの間の圧延間隙の近傍に配設されており、その際、圧延オイル装置によるロールの潤滑は、熱負荷を軽減するために行なわれ、これにより、熱の発生及び圧延荷重は、摩擦係数の低減によって軽減される。結局、ロールは、粗い表面から解放され、圧延ストリップ表面の温度が低下させられるので、２次スケール形成の発生は、解消され、スケール傷が回避される。

特許文献６には、上下のバックアップロールを有する上下のワークロールの間の圧延間隙の直ぐ隣に、圧延ストリップの冷却のための冷却装置並びに圧延オイル装置及び水のためのスクレーパによって分離されている冷却装置が示されている。特に、冷却水と潤滑油を混合するための潤滑剤装置が設けられる。スタンドの入側でノズルにより圧延ストリップの上下の面を冷却するための冷却水の流速は、７５ｍ／ｓｅｃに調節される。

特許文献７には、高い速度で高い炭素成分を有するスチールを圧延する際に、少なくとも１つのワークロールの表面に塗布するための高塩基性の金属塩スルホン酸エステルを使用することが記載されている。ロールの表面に確実に適用し、かつ付着させるために、スルホン酸エステル塗布及び遮蔽装置が設けられており、この装置は、ロールの入側の冷却水スプレー装置の下の水スクレーパと潤滑剤塗布装置との間に配設されている。これは、スルホン酸エステルの塗布が、一般的に使用される潤滑剤から分離されるように行なわれることを意味する。

特許文献８には、ロール表面に潤滑及び冷却剤を塗布することが記載されている。潤滑剤は、鹸化された脂肪酸から成る。利点は、摩耗抵抗のプロセス及び圧延ストリップの品質が２．５〜３．４倍だけ向上することにある。
独国特許第４１ ３４ ５９９号明細書 欧州特許出願公開第０９ ０８ ２４８号明細書 欧州特許第０ ６９ ０７ ６６号明細書 独国特許出願公開第４３ ０９ １３４号明細書 特願平７−０６８３１０号公報 特願平１１−２９０９３２号公報 特願平７−０７５８０９号公報 旧ソ連特許第１ ７６１ ３２２号明細書

前記従来技術から出発して、本発明の課題は、ロール冷却及びロール潤滑を高い負荷を受けるロールスタンドにおいて改善し、潤滑剤の使用を経済的に行なう点にある。

この課題を解決するため、本発明は、請求項１の上位概念で言及した様式の、ロールスタンドのワークロールと、これらの間を圧延の際に通って移送される圧延ストリップの冷却及び潤滑をするための方法において、境界条件及び要件に応じて、潤滑部だけが稼動させられるか、圧延ストリップ冷却部だけが稼動させられるかのいずれかが行なわれるように構成されている。

これから、両方の媒体である水及び潤滑剤の潤滑作用又は冷却作用それぞれの最適な利用と、これと共に同時に力及び作業の必要量の軽減とが、ロールにおける最小化された摩擦値を条件として得られることが大いに有利である。研磨されたロールの表面は、それ自身最も高い応力に耐える。これまでに観察されたロールにおける材料剥離は阻止される。圧延されるストリップの表面は、最適に平滑に維持される。ストリップ表面上でのスケール封入及びビビリ疵は、低減されている。

本発明の別の発展構成にあっては、圧延間隙の前の入側での水噴流による作用が、ストリップ上面及び／又はストリップ下面において行なわれ、その際、水噴流が、ストリップに対して整向されること、そして潤滑剤による作用が、−回転方向に見て−水作用の領域の前の入側でのロールの上下それぞれ１つの領域において行なわれることが提案される。即ち、本発明によれば、水の直接の作用が、圧延間隙の前でストリップ上面及び／又はストリップ下面において行なわれ、その際、水噴流は、予め塗布された潤滑油をできるだけ洗い落とさないように、主としてストリップに整向されている。それにもかかわらず、本発明による水噴流の整向によって間接的に付加的なロール表面の冷却が行なわれる。

ストリップ表面及びロール表面の冷却並びにロール潤滑の組み合わせた使用を最適化するため、本発明の提案によれば、入側のロール冷却部は、潤滑部が稼動中である場合に停止させられ、その際、過剰な水は、入側から出側のロール冷却部の強化をするために使用される。出側でのロールの別の集中的な冷却は、水スプレー噴流により実施される。潤滑部が稼動中でない場合には、入側のロール冷却部が稼動させられる。

本発明の変形例にあっては、入側での、かつ圧延間隙のできるだけ直前での水噴流によるストリップへの作用が、ストリップ走行方向に対抗する噴流方向で行なわれるという措置も使用することができ、その際、この場合でも、水及び潤滑剤のための作用箇所の分離は行なわれなければならない。

冷却媒体としてのスプレー噴流の形の水と潤滑剤とを使用して、ロールスタンドのワークロールと、これらの間で圧延され、かつこれらの間を通って移送される圧延ストリップの本発明による冷却及び／又は潤滑をするための装置は、入側に、圧延ストリップ冷却部、潤滑部及びロール冷却部が設けられ、出側にロール冷却部が設けられ、入側の圧延ストリップ冷却部、出側のロール冷却部及び入側のロール冷却部が、水のための作用機構から成り、潤滑部が、潤滑剤のための作用機構から成り、媒体−水及び潤滑剤−に、それぞれ、独立したリザーブタンクと、水のための作用機構及び潤滑剤のための作用機構への別々の供給部が割り当てられているように構成されている。

水もしくは潤滑剤のための両方のスプレービームの作用箇所を互いに分離するために、装置の一形態にあっては、潤滑剤スプレー機構の配設が、上部ロールにおいてはスクレーパの上で、また下部ロールにおいてはスクレーパの下で行われていることが提案され、これにより、有利な方法で、いずれにしてもロールスタンドにおいて存在するスクレーパが起用され得る。更に、入側の上のスクレーパの下及び入側の下のスクレーパの上に、それぞれ１つの圧延ストリップに対して整向されたスプレー噴流のための転向板もしくは水拡散板が、スプレー水を圧延ストリップにできるだけ一様に、また帯状構成なく分配するために使用され得る。

これは、最善の冷却剤噴流の一様性を圧延面の幅にわたって得るために、各側が、１つの板であってもよく、しかしながらまた、水噴流を漏斗状に収束させる２つの転向板であってもよい。

選択的に、ストリップの冷却のために、例えば独国特許第２８ ０４ ９８２号明細書に記載のいわゆるウォータカーテンも使用され得、その際、長方形のスリットから水が流出し、ストリップに対して噴射される。その際、ウォータカーテンの最適化は、例えば洗浄目的もしくは不安定な水量のために、できるだけ有利な条件を実現するために、流出スリットの開口幅が調整可能であるように構成されている。

上のスクレーパの上もしくは下のスクレーパの下での潤滑剤の塗布は、潤滑剤を塗布した後で再び回収することを可能にする。
これから、潤滑剤作用の別の発明形態が得られ、その際、ロールに吹き付けられる潤滑剤は、遮蔽殻内に制限され、かつ後方又は側方へと導き出され、従って、潤滑剤の導出もしくは再生もしくは廃棄は、残りの冷却媒体から分離されるように可能にされる。

本発明の詳細、特徴及び利点は、図面に概略的に図示された実施例の以下の説明から分かる。

図１によれば、圧延ストリップ１は、詳細には図示されてないロールスタンドのワークロール２，３の間で、その厚さを、約５０％だけ唯一の圧延パスで縮小される。同様に詳細には図示されてない後続のスタンドは、おおよそ同じ大きさの減面率を有する。高い機械的な、しかしながらまた大きな熱的な負荷を制限するため、そしてロール表面を圧延されるストリップの数が増加する場合でも劣化させないために、後続の措置とストリップ表面の冷却及びロール表面の潤滑を組み合わせた使用が実施される。

示された冷却及び潤滑装置の場合、媒体−水もしくは潤滑剤−は、それぞれ詳細には示されてない独立したリザーブタンク、並びに水４，５のための作用機構１１，１１’；１１’’及び潤滑剤１０，１０’のための別々の作用機構１２，１２’への別々の供給部に割り当てられている。一般に、これらの作用機構は、潤滑及び冷却ビームとして形成される。上のワークロール３に対する潤滑剤ビーム１２の配設は、スクレーパ９の上で行われている。潤滑剤ビーム１２’の配設は、下のワークロール２に対して、スクレーパ８の下で行なわれている。ストリップ１の上面を冷却するための上の水冷ビーム１１は、スクレーパ９の下に、また圧延ストリップ１の下面を冷却するための下の水冷ビーム１１は、スクレーパ８の上に配設されている。水冷ビーム１１によって、水スプレー噴流４，５は、ワークロール２，３の圧延間隙の前の圧延ストリップ表面に整向される。圧延ストリップ１の上の転向板１４によって、また圧延ストリップ１の下の転向板１３によって、水スプレー噴流４，５は、これらの水スプレー噴流ができるだけ直接圧延間隙の入側の領域内に当たり、そこで、最適な作用のため、圧延ストリップ１を直接冷却し、ワークロール２，３を間接的に冷却するために作用領域７，７’内に到達するように偏向される。

選択的な転向板の配設は、図３からも分かる。この場合、２つの転向板によって水噴流は、噴流の最適な画一性を圧延幅にわたって得ることができるように、漏斗状に収束させられる。

潤滑剤スプレー噴流１０，１０’を発生させるため、潤滑ビーム１２，１２’が設けられている。潤滑剤は、できるだけ付着力のあるフィルムを得るために、ワークロールのロール表面の水のない領域に塗布される。その際、スプレーオイル１０，１０’は、−ロール回転の方向に見て−スクレーパ８，９の直前の位置で塗布される。

ワークロール２，３の別の集中的な冷却のため、ワークロールの出側に、別の水冷ビーム１１’が配設されており、これらの水冷ビームから、水スプレー噴流４，５がロール表面に対して整向されている。出側のワークロール冷却部１１’の冷却水は、バックアップロール１５，１５’によって遮蔽され、従って、領域６，６’は、乾燥したままである。

潤滑及び冷却ビーム１１，１２は、入側の水冷部１１’’が、潤滑部が稼動中である場合に停止させられ、潤滑部が稼動中でない場合に、ロール冷却部１１’’が稼動させられるように、制御可能である。入側のロール冷却部１１’’が停止させられている場合、過剰な水は、そこから、出側のロール冷却部の強化をするために、即ちそこに配設された冷却ビーム１１’に供給される。また、作用箇所を分離したロール冷却部及びロール潤滑部の組み合わせを水冷部だけに転換することも可能であり、その際、示された全ての水冷ビーム１１，１１’；１１’’は、稼動させられており、潤滑ビーム１２は、全て停止されている。

配設の別の形態を、図２は、圧延間隙の直前のストリップ冷却部のために示す。ここで、水４，５は、長方形のスリットから流出し、ストリップ１に対して噴射される。手動であっても、モータ操作可能であっても良いカム調整部１９で、スリット又は開口幅は、軸の回転により連続的に調節可能である。

更に、図３に対応する潤滑剤供給部の形態は、ワークロールに吹き付けられる潤滑剤１０，１０’が、遮蔽殻１６，１６’内でロールの傍らを案内され、再び戻されるように構成されている。旋廻可能な遮蔽殻は、潤滑剤１０，１０’のための供給ライン１７，１７’並びに導出ライン１８，１８’を示す。

構成に応じて、潤滑剤は、側方からも導き出され、次に回収される。これにより、必要な場合、潤滑剤の再生もしくは廃棄が可能である。これにより、潤滑剤が冷却循環回路内で濃縮されることが回避される。

図１〜３に示された潤滑剤及び水スプレー噴流のための潤滑及び冷却ビームの配設と、この新しい配設で実現されるロールスタンドのワークロールの冷却及び潤滑をするための方法は、示された実施例に制限されているばかりでなく、方法が本発明を満足する限りは他の変形例も包含する。

概略的に図示された水及び潤滑剤のスプレー噴流によるロール冷却及びロール潤滑装置の側面図を示す。 ウォータカーテンを使用した場合の圧延間隙の直前のストリップ冷却のためのノズルの別の配設を示す。 潤滑剤を別々に導出するための転向板並びに遮蔽殻の選択的な配設を示す。

符号の説明

１ 圧延ストリップ
２ 下のワークロール
３ 上のワークロール
４ 上の水スプレー噴流
５ 下の水スプレー噴流
６ 潤滑剤の作用領域
７ 水の作用領域
８ 下のスクレーパ
９ 上のスクレーパ
１０ 潤滑剤
１１ 水の作用機構
１２ 潤滑剤の作用機構
１３ 下の転向板
１４ 上の転向板
１５ バックアップロール
１６ 遮蔽殻
１７ 供給ライン
１８ 導出ライン
１９ カム調整部

Claims (12)

1. 冷却媒体としてスプレー噴流（４，５）の形の水を、また潤滑剤としてオイル、オイルと空気の混合物、オイルと水の混合物、又はオイルと水と空気の混合物、更にはグリースもしくはグリースと媒体の混合物を使用して、ロールスタンドのワークロール（２，３）と、これらの間で圧延され、かつこれらの間を通って移送される圧延ストリップ（１）の冷却及び／又は潤滑をするための方法であって、両方の媒体−水もしくは潤滑剤−が、ロールもしくは圧延ストリップ（１）に別々に供給され、かつロール表面もしくは圧延ストリップ表面のスタンド入側での異なった塗布位置に塗布され、潤滑剤が、できるだけ付着力のあるフィルムを得るために、ロール表面の水のない領域に塗布され、その際、両方の媒体である水もしくは潤滑剤を塗布するための作用領域（６，７；６’，７’）が、スクレーパ（８，９）によって互いに分離される方法において、
   境界条件及び要件に応じて、潤滑部（１２，１２’）だけが稼動させられるか、圧延ストリップ冷却部（１１）だけが稼動させられるかのいずれかが行なわれること、入側のロール冷却部（１１’’）が、潤滑部（１２，１２’）が稼動中である場合に停止させられ、潤滑部（１２，１２’）が稼動中でない場合に稼動させられること、そして入側のロール冷却部（１１’’）が停止させられている場合、過剰な水が、そこから出側のロール冷却部（１１’）の強化をするために使用されることを特徴とする方法。
2. 圧延間隙の前の入側での水噴流（４，５）による作用（７，７’）が、ストリップ上面及び／又はストリップ下面において行なわれ、その際、水噴流（４，５）が、ストリップ（１）に対して整向されること、そして潤滑剤（１０，１０’）による作用が、−回転方向に見て−水作用（７，７’）の領域の前の入側でのロール（２，３）の上下それぞれ１つの領域（６，６’）において行なわれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. スタンド出側でのロール（２，３）の別の集中的な冷却が、水スプレー噴流（４，５）により実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 潤滑剤（１０）が、−ロール回転の方向に見て−スクレーパ（８，９）の直前の位置でロール（２，３）に塗布され、冷却媒体（４，５）が、圧延間隙のできるだけ直前に圧延ストリップ（１）に塗布されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 水による圧延ストリップ（１）へのできるだけ一様な作用のために、水スプレー噴流（４，５）が、転向板もしくは水拡散板（１３，１４）により、それぞれ上下でストリップ（１）に対して偏向されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 圧延ストリップ（１）を冷却するために、ウォータカーテンが使用され、このウォータカーテンが、長方形のスプレーノズル開口部から流出し、ストリップ（１）に対して整向されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. ウォータカーテンの最適化のために、スプレーノズル開口部の開口幅が調整されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. 入側での、かつ圧延間隙のできるだけ直前での水噴流（４，５）によるストリップ（１）への作用が、ストリップ走行方向に対抗する噴流方向で行なわれることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法を実施するための、冷却媒体としてのスプレー噴流（４，５）の形の水と潤滑剤（１０，１０’）とを使用して、ロールスタンドのワークロール（２，３）と、これらの間で圧延され、かつこれらの間を通って移送される圧延ストリップ（１）の冷却及び／又は潤滑をするための装置において、
   入側に、圧延ストリップ冷却部（１１）、潤滑部（１２，１２’）及びロール冷却部（１１’’）が設けられ、出側にロール冷却部（１１’）が設けられ、入側の圧延ストリップ冷却部（１１）、出側のロール冷却部（１１’）及び入側のロール冷却部（１１’’）が、水（４，５）のための作用機構（１１，１１’，１１’’）から成り、潤滑部（１２，１２’）が、潤滑剤（１０，１０’）のための作用機構（１２，１２’）から成ること 、媒体−水及び潤滑剤−に、それぞれ、独立したリザーブタンクと、水（４，５）のための作用機構（１１，１１’，１１’’）及び潤滑剤（１０，１０’）のための作用機構（１２，１２’）への別々の供給部が割り当てられていることを特徴とする装置。
10. 上部ロール（３）における潤滑剤スプレー機構（１２）の配設が、スクレーパ（９）の上で、また下部ロール（２）における潤滑剤スプレー機構（１２’）の配設が、スクレーパ（８）の下で行われており、その際、入側の上のスクレーパ（９）の下及び入側の下のスクレーパ（８）の上に、それぞれ１つの圧延ストリップ（１）に対して整向された水スプレー噴流（４，５）のための転向板（１３，１４）もしくは水拡散板が配設されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 冷却剤噴流（４，５）を漏斗状に収束させる２つの転向板（１３，１４）が設けられており、これにより、冷却剤材噴流の一様性が圧延ストリップ（１）の幅にわたって更に改善されるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. ロールに吹き付けられる潤滑剤（１０，１０’）が、遮蔽殻（１６，１６’）内に制限され、かつ後方又は側方へと導き出されること、そして潤滑剤の再生もしくは廃棄をするための導出ライン（１８，１８’）が、他の冷却媒体から分離されるように設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載の装置。

Images